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  • 一种曲轴轴肩清根的视觉检测方法及装置

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    合乐彩票平台注册送钱类型:发明合乐彩票平台注册送钱
    更新时间:2019-11-04 16:58:06
    技术领域:先进制造与自动化
    交易方式: 转让 交易状态: 未交易
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    一种曲轴轴肩清根的视觉检测方法及装置 技术领域 本发明涉及工业零件检测技术领域,特别是一种曲轴轴肩清根的视觉检测方法及装置。 背景技术 众所周知,对机械加工零件进行检测是现代制造业在生产线上的一个必要环节,所以提高检测效率、减少检测所用时间,是提高生产效率的重要途径。 本发明所述的工业用曲轴零件应用广且应用数量多,如常见的发动机、压力机用曲轴,其两个定位轴肩端面需要与两个轴承端面紧密配合,才满足产品要求。针对这类需要精密配合的曲轴零件,在完成粗加工后,还需进一步精加工,加工现场常称此工序为“清根处理”(以下简称“清根”)。清根的目的主要有两个方面:一是对曲轴曲面的精加工,以满足与轴承内圈的配合要求;二是去除根部突起、毛刺等加工冗余物料,通常是对轴肩根部进行一定量物料清除,以保证轴肩端面和轴承端面的紧密配合。 目前,工业现场对曲轴两个轴肩清根是否彻底的检测,常采用接触式的卡尺、三坐标测量机等设备完成,其存在着测量过程耗时长、效率低等缺点,且检测成本较高,例如接触式设备,其费用高、易磨损、寿命短,容易造成不必要设备开支,而曲轴应用广、生产量大,制造线在检测阶段常需要大量工人去完成,这在很大程度上增加了成本,也降低了生产效率。 发明内容 为了克服现有技术的不足,本发明提供了一种曲轴轴肩清根的视觉检测方法及装置,解决了现有技术中检测精度不高、检测时间长且检测成本高等问题。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种曲轴轴肩清根的视觉检测方法,包括按顺序进行的如下步骤: 步骤[1]图像获取:将曲轴零件放置于V型铁载物台上,调整V型铁和相机光源位置,使零件处于摄像机获取范围且清晰的呈现在图像视野内,采集清晰、经背面白光源照射呈现黑色的曲轴零件轮廓图像; 步骤[2]图像边缘拟合:对步骤[1]中获取的图像进行边缘拟合,获得具有清晰边缘特征的曲轴零件图像; 步骤[3]图像直线特征识别处理:由步骤[2]所得的边缘拟合图像,采用直线检测方式检测其边缘直线特征,获取若干条直线,并将其中具有相似直线特征的多条直线拟合为一条直线,最终获得六条功能直线; 步骤[4]功能信息识别提取:采用下述方法提取直线和轴肩根部直线交点信息: (1)利用斜率限制识别水平直线段和竖直直线段; (2)在完成直线类型判断后,利用直线段端点坐标值获取直线在图像中的相对位置;(3)计算并存储各直线位置信息和提取轴肩根部直线交点坐标; 步骤[5]轴肩根部清除量检测:步骤如下: (1)定位上述所得四个功能点,根据所得六条功能直线的方程,将轴肩根部划分为四个功能区域,区域大小由自定义阈值决定; (2)当处于背面白色光源的照射下,上述四个功能区域,如果具有一定清除量,则清除区域在图像中显示为白色,反之则全是表示实体的黑色;依次对四个功能区域内点象素值分析识别,存储其含有的白色像素点数目; (3)判断所述白色像素点数,若上述步骤所得白色像素点数目为零或低于阈值1时即判定为轴肩根部清除量不合格;若白色像素点数目高于阈值1小于阈值2,判定轴肩根部清除量合格。 优选的,步骤[2]中对图像边缘进行拟合的具体步骤为: (1)将灰度较大的中央实体部分设置为功能兴趣区域; (2)将功能区域由时域转换到频域空间,获得图像在频域空间下的频谱图,由频谱信息可统计图像频率数据; (3)取频率数据的平均值作为衡量标准,找到频率变化最剧烈的一系列点,这些点为图像前后景分割点,即实体边缘; (4)保留频率突变的点,去除频率变化平缓的点,逆变换到时域空间,得到图像轮廓图像; (5)拟合封闭轮廓图像:不相邻像素间通过最短像素距离连接封闭,对位于区域外的黑色像素点和存在的黑色连通域,采用面积阈值作为衡量标准,遍历图像中的边缘图像,连通域面积小于设定阈值时作为噪点区域处理,转为白色; (6)区域内点转为黑色,获得具有清晰边缘特征的曲轴零件图像。 优选的,步骤[3]中对相似直线特征的多条直线拟合为一条直线的步骤为: (1)识别直线特征,计算并存储所得直线端点坐标和直线斜率; (2)在图像坐标系内,将满足一下以下两个条件的所述直线特征信息识别并提取:首先,斜率差在一定阈值范围,对于斜率大于1的直线,斜率值变化幅度较大,所以对这类斜率取倒数,另设容器储存,并单独设置斜率差阈值;其次,X坐标差值和Y坐标差值在一定阈值范围; (3)分析满足(2)所得数据,采用最佳中值求取方式,拟合归一直线斜率和直线端点坐标。 (4)显示拟合后的直线特征,完成图像直线特征检测。 传统轴肩清根检测只是针对轴肩根部清除量进行判断,经过工业应用调研发现,清根之后出现不合格曲轴的因素还有轴向毛刺突起、轴肩端面毛刺突起、锥形轴、锥形端面等。本发明针对以上问题并行开发出了相应的检测方法,进一步提高了检测系统的实际应用能力。即,上述所述一种曲轴轴肩清根的视觉检测方法,还可以包括以下步骤: 步骤[6]对轴向毛刺突起的判断:分别识别四条轴向外法线方向一定像素范围内(如(0~20pixel),在图像范围内,向外识别范围越大,检测越准确,但同时运算时间增加)所具有的黑色像素点,若其数量大于一定阈值(如8pixel),则判定此零件轴向有毛刺突起,清根不合格。 步骤[7]对轴肩端面毛刺突起的判断:识别两条轴肩端面直线的外法线方向所具有的黑色像素点,若其数量大于一定阈值(如8pixel),则判定此零件轴肩端面有毛刺突起,清根不合格。 步骤[8]对锥形轴的判断:对同一轴上两条直线斜率分别作差,若斜率差绝对值大于一定阈值(如0.05),则判定此零件轴为锥形轴,曲轴上主轴与连杆轴之一为锥形轴均表示清根不合格。 步骤[9]对锥形端面的判断:锥形端面的判断建立在锥形轴的判断之上,若无锥形轴,则进行此步骤,获取轴向水平线、轴肩端面直线与理论水平线所成角度Θ1、Θ2,判断轴向与轴肩方向直线位置关系,所成角度与90°的绝对值(即||Θ1-Θ2|-90°|)大于一定阈值(如0.5°)时,则判定此轴肩端面为锥形端面,清根不合格。 本发明还提供一种曲轴轴肩清根的视觉检测装置,包括机箱和工控主机,所述工控主机设置在机箱上,机箱上设置有零件入口,机箱内部底面设置有底板,底板左侧设置有安装在光源安装板上的可上下调节的白色光源,光源右侧设置有由间隔位置可调的外V型铁和内V型铁组成的V型铁载物台,被检测零件可置于所述V型铁载物台上;所述底板上V型铁载物台的右侧设置有滑轨,滑轨上设置有可沿滑轨移动的相机安装板,相机安装板上设置有上下可调的工业相机,所述工业相机与工控主机相连。 所述工控主机包括括控制单元、图像获取单元、图像处理单元及结果显示单元。 本发明的积极效果:通过本发明所述方法步骤,能高效的完成对曲轴轴肩清根的非接触视觉检测,该方法成功解决了传统检测方式的不足,且具有如下优点:首先,能够对轴肩清根进行快速、高效的识别检测,大幅降低检测过程所耗时间,提高生产效率;其次,采用非接触检测方式,大幅度降低检测成本,主要体现在非接触视觉系统稳定可靠,使用寿命长;通过非接触的视觉检测系统,一个工人就可以完成以前两个或者四个工人的检测任务,减少人力资源开支。此外,针对本发明所述检测装置,其V型载物台的设置能够将轴类零件快速、稳定定位,保证本发明所述检测方法的稳定实施,是本发明检测方法实施的关键部件;机箱的设置不仅增强了系统对恶劣环境光源的抗干扰性,同时也结合了人类审美视觉的设计;工控主机安装于机箱上呈一定角度的倾斜面上,使工人更好的完成检测操作;机箱内部各功能部件均设计有可调滑轨,使系统能随时适应环境及检测零件位置的改变。 附图说明 图1是本发明所述曲轴轴肩清根检测方法的流程示意图; 图2是本发明所述曲轴轴肩根部功能区域示意图; 图3是本发明所述曲轴轴肩清根检测装置的结构示意图; 图4是本发明所述机箱内部的结构示意图。 具体实施方式 下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。 发动机上曲轴零件,其定位轴肩需要紧贴轴承端面,才满足产品要求。这样的曲轴功能强大,各项加工参数要求高,是组成发动机的关键零件。在粗加工工序完成后,一般使用特制磨轮对曲轴进行磨削清根处理。主要有以下两方面作用:首先去除根部突起、毛刺等加工冗余量,并进一步去除根部一定量物料,以保证轴肩端面和轴承端面的紧密配合。其次是对曲轴曲面的精加工,以满足与轴承内圈的配合要求。 经过工业现场调研,归纳得到形成曲轴轴肩清根不合格问题的主要因素有:轴肩根部清除量不合格、轴向毛刺突起较多、轴肩端面毛刺突起较多、锥型轴和锥形端面等。传统检测主要采用接触式卡尺和三坐标测量机测量轴和轴肩根部直径进行对比得出结论,该检测方式存在检测过程耗时长、效率低,检测设备成本高且接触式易磨损等问题。 鉴于上述问题,参照图1和图2,本发明优选实施例提供一种曲轴轴肩清根的视觉检测方法,包括按顺序进行的如下步骤: 步骤[1]图像获取:将曲轴零件放置于V型铁载物台上,调整V型铁和相机光源位置,使零件处于摄像机获取范围且清晰的呈现在图像视野内,旋转曲轴,采集多张不同角度的清晰、经背面白光源照射呈现黑色的曲轴零件轮廓图像; 步骤[2]图像边缘拟合:对步骤[1]中获取的图像进行边缘拟合,获得具有清晰边缘特征的曲轴零件图像;具体拟合步骤为: (1)将灰度较大的中央实体部分设置为功能兴趣区域; (2)将功能区域由时域转换到频域空间,获得图像在频域空间下的频谱图,由频谱信息可统计图像频率数据; (3)取频率数据的平均值作为衡量标准,找到频率变化最剧烈的一系列点,这些点为图像前后景分割点,即实体边缘; (4)保留频率突变的点,去除频率变化平缓的点,逆变换到时域空间,得到图像轮廓图像; (5)拟合封闭轮廓图像:不相邻像素间通过最短像素距离连接封闭,对位于区域外的黑色像素点和存在的黑色连通域,采用面积阈值作为衡量标准,遍历图像中的边缘图像,连通域面积小于设定阈值时作为噪点区域处理,转为白色; (6)区域内点转为黑色,获得具有清晰边缘特征的曲轴零件图像。 步骤[3]图像直线特征识别处理:由步骤[2]所得的边缘拟合图像,采用直线检测方式检测其边缘直线特征,获取若干条直线,并将其中具有相似直线特征的多条直线拟合为一条直线,最终获得六条功能直线;具体操作步骤为: (1)识别直线特征,计算并存储所得直线端点坐标和直线斜率; (2)在图像坐标系内,将满足一下以下两个条件的所述直线特征信息识别并提取:首先,斜率差在一定阈值范围,对于斜率大于1的直线,斜率值变化幅度较大,所以对这类斜率取倒数,另设容器储存,并单独设置斜率差阈值;其次,X坐标差值和Y坐标差值在一定阈值范围; (3)分析满足(2)所得数据,采用最佳中值求取方式,拟合归一直线斜率和直线端点坐标。 (4)显示拟合后的直线特征,完成图像直线特征检测。 步骤[4]功能信息识别提取:采用下述方法提取直线和轴肩根部直线交点信息: (1)利用斜率限制识别水平直线段和竖直直线段; (2)在完成直线类型判断后,利用直线段端点坐标值获取直线在图像中的相对位置; (3)计算并存储各直线位置信息和提取轴肩根部直线交点坐标; 步骤[5]轴肩根部清除量检测:步骤如下: (1)定位上述所得四个功能点,根据所得六条功能直线的方程,将轴肩根部划分为四个功能区域,区域大小由自定义阈值决定; (2)当处于背面白色光源的照射下,上述四个功能区域(如图2中黑色区域所示),如果具有一定清除量,则清除区域在图像中显示为白色,反之则全是表示实体的黑色;依次对四个功能区域内点象素值分析识别,存储其含有的白色像素点数目; (3)判断所述白色像素点数,若上述步骤所得白色像素点数目为零或低于阈值1(如20pixel,定义阈值1来排除图像可能存的噪点,导致第一类错误的发生,即否定了合格的零件)时即判定为轴肩根部清除量不合格;若白色像素点数目高于阈值1小于阈值2(如300pixel,定义阈值2排除清除量过大造成曲轴刚度降低的不合格件),判定轴肩根部清除量合格。即白色像素点数量N满足:20pixels≤N≤300pixels(此阈值范围适用于本系统硬件配置,随相机参数可调),则轴肩清根合格。 步骤[6]对轴向毛刺突起的判断:分别识别四条轴向外法线方向一定像素范围内(如(0~20pixel),在图像范围内,向外识别范围越大,检测越准确,但同时运算时间增加)所具有的黑色像素点,若其数量大于一定阈值(如8pixel),则判定此零件轴向有毛刺突起,清根不合格。 步骤[7]对轴肩端面毛刺突起的判断:识别两条轴肩端面直线的外法线方向所具有的黑色像素点,若其数量大于一定阈值(如8pixel),则判定此零件轴肩端面有毛刺突起,清根不合格。 步骤[8]对锥形轴的判断:对同一轴上两条直线斜率分别作差,若斜率差绝对值大于一定阈值(如0.05),则判定此零件轴为锥形轴,曲轴上主轴与连杆轴之一为锥形轴均表示清根不合格。 步骤[9]对锥形端面的判断:锥形端面的判断建立在锥形轴的判断之上,若无锥形轴,则进行此步骤,获取轴向水平线、轴肩端面直线与理论水平线所成角度Θ1、Θ2,判断轴向与轴肩方向直线位置关系,所成角度与90°的绝对值(即||Θ1-Θ2|-90°|)大于一定阈值(如0.5°)时,则判定此轴肩端面为锥形端面,清根不合格。 如图3和图4所示,本发明优选实施例还提供一种曲轴轴肩清根的视觉检测装置,包括机箱1和工控主机2,所述工控主机2设置在机箱1上,机箱1上设置有零件入口3,机箱1内部底面设置有底板4,底板4左侧设置有安装在光源安装板5上的可上下调节的白色光源6,光源6右侧设置有由间隔位置可调的外V型铁7和内V型铁8组成的V型铁载物台,被检测零件9可置于所述V型铁载物台上;所述底板上V型铁载物台的右侧设置有滑轨10,滑轨10上设置有可沿滑轨移动的相机安装板11,相机安装板11上设置有上下可调的工业相机12,所述工业相机与工控主机相连。 所述工控主机包括括控制单元、图像获取单元、图像处理单元及结果显示单元。 以上所述的仅为本发明的优选实施例,所应理解的是,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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